JPH06341911A - 光学式回転トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 光学式回転トルク検出装置に組み込まれる受
光素子の小型化を図る。 【構成】 回転スリット板Ｘは最大トルク時における片
側捩れ量の４倍に相当する幅を１周期Ｐとして、その半
周期分のスリット孔を等間隔で全周に沿って２トラック
（ＴＡ，ＴＢ）具備している。他方の回転スリット板Ｙ
は、スリット孔に対し各トラック（ＴＡ，ＴＢ）逆方向
に４半周期分だけ位相のずれたスリット孔を全周に沿っ
て２トラック具備している。受光素子は径方向及び周方
向に２個ずつ計４分割された受光領域Ａ，Ｂ，Ａ^- ，Ｂ
^- を有している。各トラック（例えばＴＡ）は同心状に
２段分割されているとともに、個々の段ＴＡ１，ＴＡ２
のスリット孔配列位相は１／４周期だけ互いにシフトし
ている。各受光領域Ａ，Ｂ，Ａ^- ，Ｂ^- はＰ／４周期に
等しい周方向幅を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式回転トルク検出装
置に関する。より詳しくは、トーションバーにより連結
された入力軸と出力軸の相対的な回転捩れ量を光学的に
検出する装置に関する。かかる光学式回転トルク検出装
置は、例えば自動車の電動パワーステアリング等に応用
される。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式回転トルク検出装置は、例
えば特開昭６３−２８４４４２号公報に開示されてい
る。図１５に示す様に、従来の光学式回転トルク検出装
置は、二本の回転軸１０１，１０２を互いに連結するト
ーションバー１０３を備えている。夫々の回転軸１０
１，１０２には互いに対面する一対の回転スリット板１
０４，１０５が取り付けられている。この対を介して発
光素子１０６及び受光素子１０７が対向配置されてい
る。受光素子の出力に基いて二本の回転軸１０１，１０
２の相対的な捩れが検出される。

【０００３】図１６は一対の回転スリット板１０４，１
０５の各々に形成されたスリットパタン形状を示してい
る。上側の回転スリット板１０４の表面には周方向に沿
って所定のピッチでスリット孔１０８が形成されてい
る。同様に、下側のスリット板１０５にも同一の周期で
スリット孔１０９が形成されている。一対の回転軸１０
１，１０２間に相対的な捩れ変位がない中立状態ではス
リット孔１０８，１０９は互いに整合しており発光素子
１０６からの透過光量が最大になる。一方、両回転軸間
に相対的な捩れ変位が発生した場合にはスリット孔１０
８，１０９が互いにずれる為実効的なスリット開口面積
が減少し透過光量が減る。受光素子１０７は受光量変化
に比例した検出信号を出力し捩れ情報が得られる。又、
一対の回転軸１０１，１０２がトーションバー１０３に
より連結した状態で一体となって回転すると一対のスリ
ット板１０４，１０５もこれに応じて回転する。この
時、スリット孔１０８，１０９は全周に沿って配置され
ているので、その通過に伴ない受光素子１０７の受光量
が断続的に変化する。その変化をモニタする事により回
転情報も併せて得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した様に、各回転
スリット板の表面には周方向に沿って所定の周期でスリ
ット孔が形成されている。この周期は最大トルク時にお
ける片側捩れ量の４倍に設定されている。又、個々のス
リット孔の周方向幅は１／２周期分に設定されている。
これと対応して、受光素子の周方向幅も１／２周期分に
設定されている。従って、最大トルク時における片側捩
れ量が比較的大きい場合、これに比例して受光素子の周
方向幅を長くとる必要がある。この為、従来の光学式回
転トルク検出装置は最大捩れ量の検出範囲増大に伴なっ
て受光素子寸法が大型化するという課題がある。又、ス
リット板の回転に伴ない透過光量が断続的に変化する為
受光素子の出力に比較的大きなリップル変動が含まれる
という課題がある。安定的なトルク検出を行なう為には
このリップル変動を抑制する必要がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は光学式回転トルク検出装置に組み込
まれる受光素子の小型化を図るとともに、リップル変動
を抑制して安定したトルク検出を可能にする事を目的と
する。かかる目的を達成する為に以下の手段を講じた。
即ち、本発明にかかる光学式回転トルク検出装置は基本
的な構成要素として、二本の回転軸を連結するトーショ
ンバーと、夫々の回転軸に固定され互いに対面する一対
の回転スリット板と、この対を介して互いに対向配置さ
れた発光素子及び受光素子と、受光素子の出力に基いて
二本の回転軸の相対的な捩れを検出する処理回路とから
構成されている。かかる構成において、一方の回転スリ
ット板は最大トルク時における片側捩れ量の４倍に相当
する幅を１周期（Ｐ）としてその１／２周期分（Ｐ／
２）のスリット孔を等間隔で全周に沿って２トラック具
備している。他方の回転スリット板は該スリット孔に対
し各トラック逆方向に１／４周期分（Ｐ／４）だけ位相
のずれたスリット孔を全周に沿って２トラック具備して
いる。前記受光素子は径方向及び周方向に２個ずつ計４
分割された受光領域を有している。各トラックは同心状
にｎ段（ｎは２以上の整数）に分割されているとともに
個々の段のスリット孔配列位相は１／２ｎ周期（Ｐ／２
ｎ）ずつシフトしている。各受光領域は１／２ｎ周期
（Ｐ／２ｎ）に等しい周方向幅を有する。

【０００６】以下、図１を参照してｎ＝２とした場合の
具体例を説明する。前述した様に光学式回転トルク検出
装置は２個のトラックＴＡ，ＴＢを備えている。本明細
書では径方向外側に位置するトラックをＴＡで表わし、
径方向内側に位置するトラックをＴＢで表わす事にす
る。一方のトラックＴＡは同心状に２段（ｎ＝２）に分
割されており、夫々の段をＴＡ１，ＴＡ２で表わす事に
する。同様に、他方のトラックＴＢも２段に分割されて
おり夫々ＴＢ１，ＴＢ２で表わす事にする。トラックＴ
Ａの第１段ＴＡ１に着目すると、一方の回転スリット板
（Ｘ）には周期Ｐでスリット孔ＳＡ１Ｘが等間隔に配列
されている。個々のスリット孔ＳＡ１ＸはＰ／２の周方
向幅を有する。又他方の回転スリット板（Ｙ）にも周期
Ｐでスリット孔ＳＡ１Ｙが等間隔に配列されている。個
々のスリット孔ＳＡ１ＹはＰ／２の周方向幅を有する。
図示の中立状態ではＳＡ１ＹはＳＡ１Ｘに対して時計方
向に位相がＰ／４だけずれている。互いに対面するスリ
ット孔ＳＡ１Ｘ，ＳＡ１Ｙは部分的に重なり合い丁度Ｐ
／４の幅を有する開口ＳＡ１が形成される。同様に第２
段ＴＡ２にもスリット孔ＳＡ２Ｘ，ＳＡ２Ｙが形成され
ており、両者の間にＰ／４の幅を有する開口ＳＡ２が形
成される。第１段ＴＡ１と第２段ＴＡ２を比較すれば明
らかな様に、２段に分割されたスリット孔は位相がＰ／
４だけシフトしている。次に、トラックＴＢの第１段Ｔ
Ｂ１に着目すると一方の回転スリット板（Ｘ）には周期
Ｐでスリット孔ＳＢ１Ｘが等間隔に配列されている。他
方の回転スリット板（Ｙ）にも周期Ｐでスリット孔ＳＢ
１Ｙが等間隔に配列されている。互いに対面するスリッ
ト孔ＳＢ１Ｘ，ＳＢ１Ｙは部分的に重なり合い開口ＳＢ
１が形成される。ここではトラックＴＡの第１段ＴＡ１
とは逆に、スリット孔ＳＢ１Ｙはスリット孔ＳＢ１Ｘに
対して反時計方向に位相がＰ／４だけずれている。同様
に、第２段ＴＢ２にもスリット孔ＳＢ２Ｘ，ＳＢ２Ｙが
設けられており部分的に重なり合って開口ＳＢ２を形成
する。ＴＢ１とＴＢ２を比較すれば明らかな様に２段に
分割されたスリット孔は位相がＰ／４だけシフトしてい
る。一方、受光素子は径方向及び周方向に２個ずつ計４
分割された受光領域を有している。即ち、トラックＴＡ
に対応して周方向に分割された受光領域Ａ，Ａ^- が配置
されている。同様に、トラックＴＢに対応して周方向に
分割された受光領域Ｂ，Ｂ^- が配置されている。図から
明らかな様に、受光領域Ａ，Ｂは径方向に分割されてお
り、受光領域Ａ^- ，Ｂ^- も径方向に分割されている。本
例では各受光領域はＰ／４に等しい周方向幅を有する。

【０００７】かかる構成において一対の回転スリット板
（Ｘ，Ｙ）が時計方向に回転すると開口ＳＡ２が受光領
域Ａを通過した後直ちに開口ＳＡ１が同一の受光領域Ａ
を通過する。この様に径方向に２段分割された開口ＳＡ
２，ＳＡ１はＰ／４の周方向幅を有する受光領域Ａを連
続的に通過するので、当該受光領域Ａは等価的にＰ／２
の周方向幅を有している事になる。逆に一対の回転スリ
ット板（Ｘ，Ｙ）が反時計方向に回転すると、受光領域
Ａ^- に対して先ず最初に開口ＳＡ１が通過し続いて開口
ＳＡ２が通過する。従って、受光領域Ａ^- も等価的にＰ
／２の周方向幅を有している事になる。他の受光領域
Ｂ，Ｂ^- についても同様である。この様に、本発明では
各トラックを同心状に多分割し且つ位相をシフトさせる
事により、受光領域の周方向幅を分割された各段に分散
する事ができ、受光素子の小型化が可能になる。即ち、
分割された１つのスリット孔が受光領域を通過し終わる
と他の分割されたスリット孔が引き続き同一の受光領域
に進入してくるので、あたかもトラックを分割せずに広
い受光領域を有する受光素子を使用した場合と等価の状
態を得る事ができる。又、各受光領域に対して分割され
たスリット孔が順次連続的に通過していくので、その出
力変動が小さくなり、回転トルク検出に悪影響を及ぼす
リップル変動を抑制する事ができる。

【０００８】図２はｎ＝３とした場合の具体例を表わし
ている。図示する様に外側のトラックＴＡは３分割され
ており３個の段ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３を含んでいる。
同様に、内側のトラックＴＢも３分割されており３個の
段ＴＢ１，ＴＢ２，ＴＢ３を含んでいる。トラックＴＡ
に着目すると各段ＴＡ１，ＴＡ２，ＴＡ３は順に位相が
Ｐ／６だけシフトしている。同様にトラックＴＢの各段
ＴＢ１，ＴＢ２，ＴＢ３についても位相が順にＰ／６だ
けシフトしている。一方４分割された受光領域Ａ，
Ａ^- ，Ｂ，Ｂ^- については何れもＰ／６の周方向幅を有
している。従って各トラックを２分割した場合に比べ３
分割するとさらに各受光領域の周方向幅を縮小できる。
この状態で一対の回転スリット板（Ｘ，Ｙ）が例えば時
計方向に回転すると受光領域Ａに対して最初に第３段Ｔ
Ａ３の開口ＳＡ３が通過し、続いて第２段ＴＡ２の開口
ＳＡ２が通過し最後に第１段ＴＡ１の開口ＳＡ１が連続
的に通過する。従って、受光領域Ａは等価的にＰ／２の
周方向幅を有している事になる。

【０００９】図３はｎを無限大とした場合の具体例を表
わしている。図示する様にトラックＴＡは無限に多分割
されており個々の段ＴＡｎは実質的に径方向に沿って連
続している。従って一方の回転スリット板（Ｘ）に形成
されたスリット孔ＳＡｎＸは菱形形状を有している。菱
形スリット孔の上端から下端に向かって位相が連続的に
シフトしており両端の間ではＰ／２の位相差が生じる。
同様に、他方の回転スリット板（Ｙ）にも菱形形状のス
リット孔ＳＡｎＹが形成されている。トラックＴＢも無
数に分割されており各回転スリット板には菱形形状のス
リット開口ＳＢｎＸ，ＳＢｎＹが形成されている。一
方、４分割された受光領域Ａ，Ａ^- ，Ｂ，Ｂ^- はＰ／ｎ
の周方向幅を有する。ｎを無限大とした時周方向幅はゼ
ロとなり、理論的には直線状の受光素子を用いる事が可
能になる。図から理解される様に、一対の回転スリット
板（Ｘ，Ｙ）が回転するとスリット開口ＳＡｎ，ＳＢｎ
は対応する受光領域Ａ，Ｂを連続的に通過する。

【００１０】参考の為、図４にトラックを分割しない場
合の例（ｎ＝１）を示す。外側のトラックＴＡに着目す
ると一方の回転スリット板（Ｘ）には周期Ｐでスリット
孔ＳＡＸが等間隔に配列されており、他方の回転スリッ
ト板（Ｙ）には同じく周期Ｐでスリット孔ＳＡＹが等間
隔に配列されている。各スリット孔の周方向幅はＰ／２
である。同様にトラックＴＢについてもスリット孔ＳＢ
Ｘ，ＳＢＹが周期Ｐで等間隔に配列されている。トラッ
クＴＡではスリット孔ＳＡＸはスリット孔ＳＡＹに対し
て反時計方向に位相がＰ／４だけずれており、トラック
ＴＢではスリット孔ＳＢＸがスリット孔ＳＢＹに対して
時計方向にＰ／４だけ位相がずれている。この様にトラ
ックＴＡとＴＢの位相関係を逆にする事により双方向の
捩れ量及び回転量を検出する事ができる。この点につい
ては、図１，図２及び図３に示した本発明の具体例も同
様である。一方、受光領域Ａ，Ａ^- ，Ｂ，Ｂ^- はＰ／２
の周方向幅を有する。

【００１１】

【作用】図５は、図１に示した中立状態で一対の回転ス
リット板（Ｘ，Ｙ）が反時計方向に回転した場合におけ
る、各受光領域の受光量変化及び出力を表わした波形図
である。トラックＴＡについて着目すると、第１段ＴＡ
１の開口ＳＡ１の通過に伴ない受光領域Ａの受光量がＬ
Ａ１の様に変化する。続いて同一の受光領域Ａに第２段
の開口ＳＡ２が通過しその受光量がＬＡ２の様に変化す
る。従って受光領域Ａは両受光量ＬＡ１，ＬＡ２の合算
量に応じた出力となる。続いて第１段の開口ＳＡ１が受
光領域Ａ^- を通過し、次に第２段の開口ＳＡ２が同じ受
光領域Ａ^-を通過する。この結果受光領域Ａ^- の受光量
はＬＡ^- １，ＬＡ^- ２の様に変化する。この結果受光領
域Ａ^- は両者の合算受光量に応じた出力となる。なお図
１の配置から理解される様に、受光領域ＡとＡ^- は位相
がＰ／２だけずれている。従って出力Ａ，Ａ^- （以下理
解を容易にする為受光領域とその出力は同一参照符号を
付して表わす事にする）は互いに逆位相となる。内側の
トラックＴＢについて着目すると開口ＳＢ１，ＳＢ２の
通過に伴ない各受光領域の受光量変化がＬＢ１，ＬＢ
２，ＬＢ^- １，ＬＢ^- ２の様になる。受光量ＬＢ１，Ｌ
Ｂ２の合算量に応じた出力Ｂと、受光量ＬＢ^- １，ＬＢ
^- ２の合算量に応じた出力Ｂ^- が得られる。出力Ｂ，Ｂ
^- は互いに逆位相である。なお、図１から理解される様
にトラックＴＡとＴＢは位相がＰ／４だけ互いにずれて
いる。従って、出力Ａ，Ａ^- の組と出力Ｂ，Ｂ^- の組は
互いに位相が９０°だけずれている。次に、逆位相の出
力ＡとＡ^- を加算すると直流電圧ＶＡが得られる。同様
に、互いに位相が逆の出力ＢとＢ^- を加算すると直流電
圧ＶＢが得られる。ＶＡ，ＶＢは夫々トラックＴＡ，Ｔ
Ｂの受光量に応じている。中立状態ではスリット孔の開
口面積は両トラックで等しいので、出力電圧ＶＡ，ＶＢ
は互いに等しくなる。

【００１２】図６は、図１に示した状態から捩れトルク
が加わり一対の回転スリット板が相対的に変位した状態
を表わしている。図示の例ではこの変位量はＰ／１６で
ある。この変位の結果、トラックＴＡ側でスリット開口
ＳＡ１，ＳＡ２の面積が増大し、逆にトラックＴＢ側で
スリット開口ＳＢ１，ＳＢ２の面積が減少している。両
者の変化は互いに相補的である。

【００１３】相対的に変位が生じた状態で一対のスリッ
ト板が回転した時、図７に示す様な波形が得られる。ト
ラックＴＡ側の受光量ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ^- １，ＬＡ
^- ２は増大し、トラックＴＢ側の受光量ＬＢ１，ＬＢ
２，ＬＢ^- １，ＬＢ^- ２は減少する。これに応じて、一
対の出力Ａ，Ａ^- の絶対値が増加する一方、他の一対の
出力Ｂ，Ｂ^- の絶対値は減少する。出力Ａ，Ａ^- の加算
結果を示す直流電圧ＶＡは、出力Ｂ，Ｂ^- の加算結果を
表わす直流電圧ＶＢに比べて大きくなる。ＶＡとＶＢの
差を検出する事により、一対の回転スリット板の間の相
対的な捩れ量が測定できる。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図８は本発明にかかる光学式回転トル
ク検出装置の一実施例を示すブロック図である。本装置
は入力軸１と出力軸２を互いに回動可能に連結するトー
ションバー３を備えている。入力軸１の連結部端面には
入力側スリット板Ｘが取り付けられている。同様に、出
力軸２の連結部端面には出力側スリット板Ｙが取り付け
られている。これら一対のスリット板Ｘ，Ｙは互いに対
面配置されている。入力側スリット板Ｘの下側には固定
マスク板６を介して受光素子７が配置している。出力側
スリット板Ｙの上側には受光素子７と対向する様に発光
素子８が固定配置されている。受光素子７には処理回路
５が接続されており、その出力に基いて一対の入力軸
１、出力軸２の相対的な捩れを検出する。合せて、回転
検出も行なう様にしている。本発明の特徴事項として、
一対のスリット板Ｘ，Ｙは図１に示したスリット孔のパ
タンを有しており、受光素子７も図１に示した受光領域
パタンを有している。即ち、入力側スリット板Ｘは、最
大トルク時における片側捩れ量の４倍に相当する幅を１
周期Ｐとしてその半周期分のスリット孔を等間隔で全周
に渡って２トラックＴＡ，ＴＢ具備している。出力側ス
リット板Ｙは該スリット孔に対し各トラック逆方向に４
半周期分だけ位相のずれたスリット孔を全周に沿って２
トラックＴＡ，ＴＢ具備している。受光素子７は径方向
及び周方向に２個ずつ計４分割された受光領域Ａ，
Ａ^- ，Ｂ，Ｂ^- を有している。各トラックは同心状にｎ
段（本例では２段）に分割されているとともに個々の段
のスリット孔配列位相は４半周期ずつシフトしている。
又、各受光領域は４半周期に等しい周方向幅を有する。

【００１５】処理回路５は同一トラック上の２個の受光
領域からの出力をトラック毎に加算処理し、その加算結
果の差分処理により捩れトルクを検出している。具体的
には、外側トラック上に位置する２個の受光領域Ａ，Ａ
^- からの出力を、加算増幅器５１により加算処理する。
内側トラック上に位置する２個の受光領域Ｂ，Ｂ^- から
の出力は加算増幅器５２により互いに加算処理される。
これらの加算結果（Ａ＋Ａ^- ）と（Ｂ＋Ｂ^- ）は差動増
幅器５３により差分処理され、捩れトルクを表わすトル
ク信号出力が得られる。又、外側トラック上の２個の受
光領域Ａ，Ａ^-からの出力は比較器５４により互いに比
較処理され、Ａ相出力が得られる。同様に、内側トラッ
ク上に位置する２個の受光領域Ｂ，Ｂ^- からの出力は比
較器５５により互いに比較処理され、Ｂ相出力が得られ
る。一対のＡ相出力とＢ相出力は回転信号出力を構成
し、入力軸１、出力軸２の一体的な回転量及び回転方向
が検出できる。さらに、加算増幅器５１，５２の出力は
後段の加算増幅器５６により互いに足し合わされる。加
算増幅器５６の出力段には発光素子制御器５７が接続さ
れており、全受光領域Ａ，Ａ^- ，Ｂ，Ｂ^- からの出力の
総和を常に一定に保持する様に発光素子８を自動光量制
御している。

【００１６】次に、図９ないし図１２を参照して主要構
成部品の具体例を詳細に説明する。先ず最初に図９は出
力側スリット板Ｙのスリット孔パタンを示す模式的な部
分平面図である。出力側スリット板Ｙは周方向に沿って
二本のトラックＴＡ，ＴＢを備えている。外側のトラッ
クＴＡには所定の周期Ｐでスリット孔が全周に配列され
ている。トラックＴＡは２分割されており各々スリット
孔ＳＡ１Ｙ，ＳＡ２Ｙを含んでいる。個々のスリット孔
はＰ／２に等しい周方向幅寸法を有している。又、ＳＡ
１ＹとＳＡ２Ｙは互いに位相がＰ／４だけシフトしてい
る。内側のトラックＴＢにも同心状に２分割されたスリ
ット孔ＳＢ１Ｙ，ＳＢ２Ｙが夫々周期Ｐで全周配列され
ている。このスリット孔ＳＢ１Ｙ，ＳＢ２ＹもＰ／２に
相当する周方向幅寸法を有している。外側トラックＴＡ
のスリット孔と内側トラックＴＢのスリット孔は同一位
相で配列されている。

【００１７】図１０は入力側スリット板Ｘのスリット孔
パタンを示す模式的な部分平面図である。このスリット
板Ｘも周方向に沿って二本のトラックＴＡ，ＴＢを備え
ている。外側のトラックＴＡには２分割されたスリット
孔ＳＡ１Ｘ，ＳＡ２Ｘが夫々周期Ｐで全周配列されてい
る。各スリット孔はＰ／２に相当する幅寸法を有してい
る。これらのスリット孔ＳＡ１Ｘ，ＳＡ２Ｘは出力側ス
リット板Ｙの対応するスリット孔ＳＡ１Ｙ，ＳＡ２Ｙに
対してＰ／４分だけ反時計方向に位相がずれている。内
側トラックＴＢにも２分割されたスリット孔ＳＢ１Ｘ，
ＳＢ２Ｘが周期Ｐで全周配列されている。これらのスリ
ット孔はＰ／２の幅寸法を有するとともに、出力側スリ
ット板Ｙの内側トラックＴＢに形成された対応するスリ
ット孔ＳＢ１Ｙ，ＳＢ２Ｙに対し、時計方向に位相がＰ
／４だけずれている。

【００１８】図１１は固定マスク板６の透過パタン形状
を示す模式的な平面図である。外側トラックＴＡに対応
して透過パタン６Ａ，６Ａ^- が設けられている。又、内
側トラックＴＢに対応して透過パタン６Ｂ，６Ｂ^- が設
けられている。透過パタン６Ａ，６Ａ^- は周方向に沿っ
て互いにＰ／２分だけ位相がずれている。同様に、透過
パタン６Ｂ，６Ｂ^- も互いにＰ／２分だけ位相がずれて
いる。一方、透過パタン６Ａ，６Ｂは互いに同位相の関
係にあり、透過パタン６Ａ^- ，６Ｂ^- も互いに同位相の
関係にある。

【００１９】図１２は受光素子７の４分割された受光領
域パタンを示す模式的な平面図である。図示する様に、
受光素子７は径方向及び周方向に２個ずつ計４分割され
た受光領域Ａ，Ｂ，Ａ^- ，Ｂ^- を有している。個々の受
光領域はＰ／４に等しい周方向幅を有している。一対の
受光領域Ａ，Ａ^- は外側トラックＴＡに整合して配列さ
れており、各々出力信号Ａ，Ａ^- を送出する。他方の一
対の受光領域Ｂ，Ｂ^-は内側トラックＴＢに整合して配
列されており、各々出力信号Ｂ，Ｂ^- を送出する。図１
２と図１１を比較すれば明らかな様に透過パタン６Ａは
受光領域Ａに整合しており、透過パタン６Ｂは受光領域
Ｂに整合しており、透過パタン６Ａ^- は受光領域Ａ^- に
整合しており、透過パタン６Ｂ^- は受光領域Ｂ^- に整合
している。

【００２０】図１３及び図１４を参照して、図８に示し
た光学式回転トルク検出装置の動作を詳細に説明する。
図１３は、捩れ変位に伴なう入力側スリット板Ｘ、出力
側スリット板Ｙ、受光素子７の相対的な位置関係を示す
模式図である。（イ）に示した中立状態では捩れ量がゼ
ロになっている。この時、外側トラックでは互いに対面
するスリット孔ＳＡ１Ｘ，ＳＡ１Ｙと同じく互いに対面
するスリット孔ＳＡ２Ｘ，ＳＡ２Ｙが夫々半分だけ重な
り合い、スリット開口ＳＡ１，ＳＡ２が形成される。同
様に内側トラックでは互いに対面するスリット孔ＳＢ１
Ｘ，ＳＢ１Ｙと同じく互いに対面するスリット孔ＳＢ２
Ｘ，ＳＢ２Ｙが夫々半分だけ重なり合い、スリット開口
ＳＢ１，ＳＢ２が形成される。これらのスリット開口は
ハッチングで示されている。図から理解される様に、全
てのスリット開口ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＢ１，ＳＢ２は互
いに等しい面積を有している。

【００２１】次に（ロ）に示す様に、出力軸に対して図
面上反時計方向へ回転トルクが加わるとトーションバー
が捩られ、入力側スリット板Ｘと出力側スリット板Ｙの
相対位置がシフトする。検出トルクの限界まで回転した
（ロ）の状態では外側トラックＴＡのスリット開口（Ｓ
Ａ１，ＳＡ２）は全開する。一方、内側トラックＴＢの
スリット開口（ＳＢ１，ＳＢ２）は全閉してその面積が
ゼロになる。

【００２２】（ハ）に示す状態は、出力軸２に図面上時
計方向へ検出トルクの限界までトルクが加わった場合で
あり、トーションバー３が捩られ入力側スリット板Ｘと
出力側スリット板Ｙの相対位置がずれる。この結果、
（イ）に示した中立状態における外側トラックＴＡのス
リット開口（ＳＡ１，ＳＡ２）は消滅する。一方内側ト
ラックＴＢのスリット開口（ＳＢ１，ＳＢ２）は全開す
る。

【００２３】図１４は入力側スリット板Ｘと出力側スリ
ット板Ｙが相対的な位置関係を保ったまま回転した場合
における各受光領域からの出力を示した波形図である。
なお、図１４の（イ），（ロ），（ハ）は図１３の
（イ），（ロ），（ハ）に夫々対応している。（イ）に
示す中立状態で一対のスリット板が一体となって回転す
ると、外側のトラックＴＡから互いに相補的な出力Ａ，
Ａ^- が得られる。この一対の出力は互いに位相が逆の関
係にある。この出力はスリット開口ＳＡ１，ＳＡ２の連
続的な通過に伴ない周期的に変動する。両出力Ａ，Ａ^-
は互いに相補的である為その加算結果Ａ＋Ａ^- は所定の
直流電圧レベルＶＡを有する。この電圧レベルＶＡはス
リット開口ＳＡ１，ＳＡ２の面積に比例している。同様
に、内側のトラックＴＢから互いに相補的な一対の出力
Ｂ，Ｂ^- が得られる。その加算結果Ｂ＋Ｂ^- もスリット
開口ＳＢ１，ＳＢ２の面積に応じた所定の直流電圧レベ
ルＶＢを有する。中立状態では外側トラックのスリット
開口ＳＡ１，ＳＡ２と内側のトラックＴＢのスリット開
口ＳＢ１，ＳＢ２が等しい面積を有している。従って、
ＶＡ，ＶＢを差分処理した結果はゼロレベルの直流電圧
となり中立状態が検出される。なお、（イ）の波形から
明らかな様に、出力Ａ^- とＡの差分処理を施すと回転に
応じたパルス信号が得られＡ相出力となる。同様に、出
力Ｂと出力Ｂ^- の差分処理を施す事により回転に応じた
パルス信号が得られＢ相出力になる。Ａ相出力とＢ相出
力は互いに位相がＰ／４分だけずれている為、回転量の
みならず回転方向も検出する事ができる。

【００２４】（ロ）の状態では外側トラックＴＡのスリ
ット開口ＳＡ１，ＳＡ２が最大範囲まで拡大している。
従って大きな振幅を有する出力Ａ，Ａ^- が得られる。こ
の一対の出力を加算処理する事によりスリット開口ＳＡ
１，ＳＡ２の面積に応じた直流電圧ＶＡが得られる。一
方内側トラックＴＢのスリット開口は消滅している。従
って、出力Ｂ，Ｂ^- は略ゼロレベルに近く、加算結果Ｂ
＋Ｂ^- もゼロレベルに近い出力電圧ＶＢを有している。
両加算結果の差分処理を行なう事により捩れ量に応じた
トルク信号出力が得られる。

【００２５】（ハ）の状態では外側トラックＴＡのスリ
ット開口が略消滅し、内側トラックＴＢのスリット開口
ＳＢ１，ＳＢ２が拡大している。従って外側トラックＴ
Ａの出力Ａ，Ａ^- は略ゼロレベルに近く、加算結果もゼ
ロレベルに近い電圧ＶＡとなっている。一方、内側トラ
ックＴＢからの出力Ｂ，Ｂ^- はその振幅が増大してい
る。加算結果Ｂ＋Ｂ^- の直流電圧レベルＶＢも増大す
る。両加算結果の差分をとる事により捩れ量に応じたト
ルク信号出力が得られる。このトルク信号出力の極性に
より捩れ方向を検出する事ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、二
本のトラックに沿って一対の回転スリット板に形成され
たスリット孔の相対的位置変化により、予め４分割され
た受光領域に入射する光量が変化する。この光量変化を
電気的に検出して回転トルクを測定する。本発明では各
トラックに設けられたスリット孔を同心状に多分割する
事により、受光に必要とされる受光領域の周方向幅を分
割された各段に分散する事ができ、受光素子の小型化が
可能になるという効果がある。換言すると、分割された
１つのスリット孔が受光領域を通過し終ると他の分割さ
れたスリット孔が引き続き同一の受光領域に進入してい
くので、あたかもトラックを分割せずに広い受光領域を
有する受光素子を使用する場合と等価の状態を得る事が
できる。又、各受光領域に対して分割されたスリット孔
が順次連続的に通過していくので、その出力変動が小さ
くなり、回転トルク検出に悪影響を及ぼすリップルを抑
制する事ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光学式回転トルク検出装置の基
本的なスリット孔パタン及び受光領域パタンを示す模式
的な平面図である。

【図２】同じく、スリット孔パタン及び受光領域パタン
の他の例を示す模式的な平面図である。

【図３】同じく、スリット孔パタン及び受光領域パタン
の別の例を示す模式的な平面図である。

【図４】同じく、スリット孔パタン及び受光領域パタン
の参考例を示す模式的な平面図である。

【図５】図１に示したパタン配列の作用説明図である。

【図６】図１に示したパタン配列に対して捩れトルクが
加わった場合のパタン配列変化を示す模式図である。

【図７】図６に示した状態におけるパタン配列の作用説
明図である。

【図８】本発明にかかる光学式回転トルク検出装置の好
適な実施例を示すブロック図である。

【図９】該実施例における出力側スリット板のパタン形
状を示す部分平面図である。

【図１０】同じく入力側スリット板のパタン形状を示す
部分平面図である。

【図１１】同じく固定マスク板のパタン形状を示す平面
図である。

【図１２】同じく受光素子の分割領域を示す平面図であ
る。

【図１３】図８に示した実施例の動作説明図である。

【図１４】同じく図８に示した実施例の動作波形図であ
る。

【図１５】従来の光学式回転トルク検出装置の一例を示
す模式図である。

【図１６】図１５に示した従来構造に組み込まれる一対
の回転スリット板を示す模式的な斜視図である。

【符号の説明】

１ 入力軸 ２ 出力軸 ３ トーションバー ５ 処理回路 ６ 固定マスク板 ７ 受光素子 ８ 発光素子 Ａ 受光領域 Ａ^- 受光領域 Ｂ 受光領域 Ｂ^- 受光領域 ＴＡ トラック ＴＢ トラック

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二本の回転軸を連結するトーションバー
   と、夫々の回転軸に固定され互いに対面する一対の回転
   スリット板と、この対を介して互いに対向配置された発
   光素子及び受光素子と、受光素子の出力に基いて二本の
   回転軸の相対的な捩れを検出する処理回路とからなる光
   学式回転トルク検出装置において、 一方の回転スリット板は、最大トルク時における片側捩
   れ量の４倍以上に相当する幅を１周期としてその１／２
   周期分のスリット孔を等間隔で全周に沿って２トラック
   具備しており、 他方の回転スリット板は、該スリット孔に対し各トラッ
   ク逆方向に１／４周期分だけ位相のずれたスリット孔を
   全周に沿って２トラック具備しており、 前記受光素子は、径方向及び周方向に２個ずつ計４分割
   された受光領域を有しており、 各トラックは同心状にｎ段（ｎは２以上の整数）に分割
   されているとともに個々の段のスリット孔配列位相は１
   ／２ｎ周期ずつシフトしており、 各受光領域は１／２ｎ周期に等しい周方向幅を有する事
   を特徴とする光学式回転トルク検出装置。
2. 【請求項２】 前記処理回路は、同一トラック上の２個
   の受光領域からの出力をトラック毎に加算処理し、その
   加算結果の差分処理により捩れトルクを検出する事を特
   徴とする請求項１記載の光学式回転トルク検出装置。
3. 【請求項３】 前記処理回路は、同一トラック上の２個
   の受光領域からの出力を互いに比較処理して回転検出を
   行なう事を特徴とする請求項１記載の光学式回転トルク
   検出装置。
4. 【請求項４】 前記処理回路は、全受光領域からの出力
   の総和を常に一定に保持する様に発光素子を制御する事
   を特徴とする請求項１記載の光学式回転トルク検出装
   置。